(57)【要約】１本の電気導体（３）、１つの非導電性コンポーネント（５）および少なくとも１つの第１の保持コンポーネント（７ａ）を備えた電気コイル巻線（１）が開示されている。電気導体（３）および非導電性コンポーネント（５）が互いに並列に巻回されて多数の巻線ターンを形成している。第１の保持コンポーネント（７ａ）が前記コイル巻線（１）の第１の終端部（９ａ）に配設されており、非導電性コンポーネント（５）が少なくとも１つの弾性引っ張りコンポーネント（１１）を用いて前記保持コンポーネント（７ａ）に機械的に固定されている。さらに、このコイル巻線（１）を備えた故障電流限流器が開示されている。
2019519093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの電気導体（３）、１つの非導電性コンポーネント（５）および少なくとも１つの第１の保持コンポーネント（７ａ）を備えた電気コイル巻線（１）であって、
・前記電気導体（３）および前記非導電性コンポーネント（５）が互いに並列に巻回されて複数の巻線ターンを形成し、
・前記第１の保持コンポーネント（７ａ）が前記コイル巻線（１）の第１の終端部（９ａ）に配設されており、
・前記非導電性コンポーネント（５）が少なくとも１つの弾性引っ張りコンポーネント（１１）を用いて前記保持コンポーネント（７ａ）に機械的に保持されている、
電気コイル巻線。
【請求項２】
請求項１に記載の電気コイル巻線（１）であって、
・前記電気導体（３）と前記非導電性コンポーネント（５）がテープ状であり、
・前記コイル巻線（１）が前記テープ状のコンポーネントの互いに重なり合った層を複数有する平形コイルとして形成されている、
電気コイル巻線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記電気導体（３）が超電導の導体材料を含む、電気コイル巻線。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記第１の終端部（９ａ）が半径方向外側に配設されている、電気コイル巻線。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記保持コンポーネント（７ａ）が電気的な接触コンポーネントとして形成されており、これにより前記電気導体（３）が導電的に接続されている、電気コイル巻線。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が、前記電気導体（３）の相互に重なり合っている巻線ターン間のスペーサとして形成されている、電気コイル巻線。
【請求項７】
請求項６に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が、１つまたは複数の中空空間（１３）を有し、これらの中空空間を液体冷媒（１５）が貫流することができる、電気コイル巻線。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が波形テープ（１７）を含む、電気コイル巻線。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が少なくとも部分的にプラスチックで形成されている、電気コイル巻線。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が前記電気導体（３）よりも幅広に形成されている、電気コイル巻線。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）がその幅に関して内側の領域に１つの凹部（２１）または一連の複数の凹部（２１）を有し、この中に前記電気導体（３）が案内されている、電気コイル巻線。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記非導電性コンポーネント（５）が複数の部品（１７、１８）で形成されている、電気コイル巻線。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記引張りコンポーネント（１１）が前記非導電性コンポーネント（５）に少なくとも５Ｎの引っ張り力をかけることができる、電気コイル巻線。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）であって、
前記電気導体（３）が少なくとも２つの分岐導体（３ａ、３ｂ）を有し、巻線中で隣接している少なくとも２つの分岐導体（３ａ、３ｂ）は電流方向（Ｉａ、Ｉｂ）が逆方向になるように形成されている、電気コイル巻線。
【請求項１５】
請求項１から１４のいずれか１項に記載の電気コイル巻線（１）を備えた故障電流限流器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１本の電気導体、１つの非導電性コンポーネントおよび少なくとも１つの第１の保持コンポーネントを備えた電気コイル巻線に関し、当該電気導体および当該非導電性コンポーネントが互いに並列に巻回されて多数の巻線ターンが形成されている電気コイル巻線に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの公知のコイル巻線では、複数の電気導体が複数の非導電性コンポーネントと交互に卷回されて一連の重ね合った巻線ターンが形成される。この場合、導体巻線ターン間に介在する非導電性コンポーネントが個々の導体巻線を相互に絶縁する。この場合、基本的には、これらの電気導体は超電導の導体コンポーネントまたは常電導の導体コンポーネントとすることができる。超電導の導体コンポーネントの場合には、超電導材料に追加して１つまたは多数の常電導の導電路を備えることもできる。従来の湿式で卷回されたコイル巻線では個々の巻線ターンには巻回時に既に接着剤および／または含浸剤が塗布され、これらは本来の巻回工程の後で硬化されるので、機械的に形状が安定化したコイル体が形成される。乾式で巻回されたコイル、すなわち、接着剤および／または含浸剤のないコイル、の場合でも、そのような形状が安定したコイル体を得るために、巻回工程の後で注入、接着または含浸することができる。しかし、複数の巻線ターンが互いに接続されない、または、部分的にしか互いに接続されない、または、ゆるくしか互いに接続されない、乾式で卷回されたコイルもある。この種の乾式で卷回されたコイル巻線では、コイルを卷回した後で電気導体および非導電性コンポーネントの個々の巻線ターン層がコイル製造後に互いにずれる、という危険がある。特に、このようなコイル巻線を電気的に運転することにより、または、製造時の温度とは異なる運転温度への冷却もしくは加熱による温度変化によっても、力が形成され、これが個々の巻線層を互いにずらすことがある。
【０００３】
電気導体および／または非導電性コンポーネントが卷回完了したコイル巻線からずれることがあるという問題を解決するために、従来のコイル巻線では一般的に非導電性コンポーネントはコイル巻線の端部に機械的に固定される。例えば、非導電性コンポーネントを、電気導体の電気的な接触のために使用される両方の接触コンポーネントにネジ止めすることができる。この場合、これらはしばしば銅ブロックであり、これらの銅ブロックはコイル巻線の半径方向内側および／または外側の領域に配設されており、導体の両方の終端部でこの導体と電気的に接続されている。導体と非導電性コンポーネントの両方がこれらの接触コンポーネントに機械的に固定されると、これら両コンポーネントの相互のずれを時には防ぐことができるが、このことは付加的な力が作用しない、または、これらのコンポーネントの膨張もしくは収縮が生じない限りにおいてのみである。しかし、隣接している複数の分岐導体が運転時に反発すると、または、運転時および／または温度変化時の導体および非導電性コンポーネントの長さの変化が異なると、特に問題である。これらの場合には、巻線コンポーネントの従来の固定では、異なるコンポーネントの相互のずれが容易に生じる。この場合のデメリットは特に、コイル巻線のコンパクトで、機械的に安定な接続が失われることである。乾式で卷回され、後工程で注型または接着されていない平形コイルでは特に、導体および／または非導電性コンポーネントが軸方向に、すなわち、コイルの巻線面に垂直に、コイル面からすべり出る、という問題がある。この場合、このようなコイルは運転中に機械的に安定ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０４８６４６Ａ１号明細書
【特許文献２】欧州特許第２０４１８０８Ｂ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の課題は、上述したデメリットを克服する電気コイル巻線を提供することにある。特に接着または固定剤の注入なしでも、運転中に機械的に安定なコイル巻線を提供する。すなわち、運転中に電気導体および非導電性コンポーネントが互いにすべることなく、さらに、コイル巻線におけるそれらの機械的な支えを失うことなしに、その巻線接続が保持されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は請求項１に記載された電気コイル巻線により解決される。本発明によるコイル巻線は少なくとも１本の電気導体、少なくとも１つの非導電性コンポーネントおよび少なくとも１つの第１の保持コンポーネントを有する。この電気導体および非導電性コンポーネントは互いに並列に巻回されて多数の巻線ターンを形成し、前記第１の保持コンポーネントはコイル巻線の第１の終端部に配設されており、前記非導電性コンポーネントは少なくとも１つの弾性引っ張りコンポーネントを用いて前記保持コンポーネントに機械的に固定されている。
【０００７】
前記の弾性引っ張りコンポーネントは例えば、引っ張りバネとすることができ、または、非導電性コンポーネントを引っ張り応力の作用下で保持コンポーネントに固定する他の弾性コンポーネントとすることもできる。これは例えば、ゴムバンド、または、ゴムと同様の弾性材料とすることができる。本発明による、非導電性コンポーネントの保持コンポーネントへの弾性的な固定の形態により、非導電性コンポーネントを電気導体から分離して応力下で保持することが達成される。すなわち、このコイル巻線は特に、電気導体が弾性引っ張り力から機械的に縁切りされるように構成されている。例えば、この電気導体はこの保持コンポーネントに、または、他の任意のコンポーネントにも、機械的に剛性的に接続することができる。これにより、非導電性コンポーネントを電気導体から分離して機械的な応力下で保持することが達成される。こうして、このコイル巻線を運転する際に、および／または、運転温度への冷却時もしくは加熱時に、発生する力をバネで緩和し、電気導体と非導電性コンポーネントとの長さ変化の相違を補償することが達成される。こうして、力の作用があっても、電気導体および／または非導電性コンポーネントが局所的な巻線面から不都合にずれて出ることはない。
【０００８】
好適なことに、本発明によるこの機械的な固定の形態により、このコイル巻線は、乾式コイルとして形成されていても、機械的な安定を維持する。というのは、張力で保持されている非導電性コンポーネントが、その非導電性コンポーネントと並列に案内されている電気導体をも巻線の個々の巻線ターンの内部で固定しているからである。コイル巻線の複数の終端部においても、導電性および非導電性コンポーネントが巻線面からすべり出ることはない。というのは、長さの変化は弾性引っ張りコンポーネントにより補償することができ、巻線面からずれて出ることによって補償する必要がないからである。このことは特に巻線の最も外側の巻線ターン、すなわち、例えば、平形コイルの、半径方向で最も内側に在る巻線および半径方向で最も外側に在る巻線、にも当てはまる。電気導体および非導電性コンポーネントを剛性的に固定する場合には、特にこれらの終端部において、これらの巻線コンポーネントが、それらの長さ変化または導線ターン間の反発により、非常に容易にすべり出る。
【０００９】
本発明の有利な形態およびさらなる展開が、請求項１に従属する請求項ならびに下記の明細書から明らかにされる。
【００１０】
この電気コイル巻線では、電気導体も非導電性コンポーネントもテープ状とすることができる。この場合、このコイル巻線は、テープ状の複数のコンポーネントが重なり合った層を複数有する平形コイルとして形成することができる。換言すれば、このコイルは１つの固定した巻線面を有し、この巻線面の内部に全ての巻線ターンが卷回されている。テープ状の電気導体およびテープ状の非導電性コンポーネントは、これらのテープの主平面がそれぞれ巻線面に垂直になるように、この巻線面の内部に卷回することができる。連続する巻線ターンのテープ状の複数のコンポーネントはそれぞれ平らに重ねることができる。
【００１１】
しかし、これに関しては、上述したテープ状のコンポーネントは平形テープとしてのみ理解すべきではなく、これらのテープ状のコンポーネントは他の幾何学形状としても存在することができる：特に非導電性コンポーネントは３次元に構成されたテープの形態としても好適に存在することができる。しかし、平らなテープ形状も同様に可能であり、非導電性コンポーネントにとっても電気導体にとっても原理的に好適である。
【００１２】
正確な形態とは関係なく、テープ状の電気導体およびテープ状の非導電性コンポーネントを備えたコイル巻線は一般的に次のメリットを有する。すなわち、これらの巻線コンポーネントが半径方向に重なり合っているので、これらのコンポーネントは個々の連続した巻線ターンの中で互いに機械的に固定することができ、コイル巻線全体が乾燥状態においても機械的に安定である。非導電性コンポーネントに作用する本発明による引っ張り応力により、こうして特に良好な機械的な安定度が達成される。
【００１３】
この電気導体が超電導材料を含んでいると好適である。これは特に、超電導層が常電導性のまたは非導電性のサブストレート上に被着されている、超電導のテープ導体とすることができる。この場合、この超電導材料は高温超電導導体とすることができる。高温超電導導体（ＨＴＳ）は、臨界温度が２５Ｋを超える超電導材料であり、いくつかの材料クラス、例えば、クプラート（Ｃｕｐｒａｔ）超電導導体では７７Ｋを超える超電導材料であり、これらの場合には、液体ヘリウムとしての他の極低温冷却材料による冷却によって運転温度に達することができる。ＨＴＳ材料は、運転温度の選択に応じて高い上限臨界磁場ならびに高い臨界電流密度を示すことができることによっても、特に魅力的である。
【００１４】
この高温超電導導体は例えば、二ホウ化マグネシウムまたは酸化物セラミックの超電導導体、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３ＯＸ（ＲＥＢＣＯと略記）のタイプの化合物を有することができる。ここで、ＲＥは希土類元素またはこの元素の混合物を示す。
【００１５】
超電導導体を備えたコイル巻線では、乾式で卷回されたコイルの機械的な安定度が特に重要である。というのは、例えば、その中で超電導導体が液体冷媒と密接に接触できるオープンな構造を得るためには、多くの場合、コイルの注型または接着は好ましくないからである。こうして、超電導導体をその臨界温度より低い温度に冷却することがより容易に達成される。
【００１６】
第１の終端部を半径方向外側に配設することができると好適である。特に平形コイルの、このような半径方向外側の領域では、静電気力または長さ変化による巻線コンポーネントの横方向のすべりを避けることが特に重要である。というのは、この外側にある巻線ターンは他の巻線ターンでは支持されず、したがって、横方向のずれが特に起こり易いからである。
【００１７】
しかし、その代わりに、原理的には、この第１の終端部を半径方向内側に配設することもできる。コイル巻線の半径方向内側の終端部も半径方向外側の終端部もここに記載されたように構成すると特に好適である。換言すれば、非導電性コンポーネントを、内側でも外側でも、弾性的な引っ張りコンポーネントにより保持コンポーネントに固定しておくことができる。この固定の両側が電気導体の固定とは機械的に縁切りされていると好適である。この場合、半径方向内側および半径方向外側にそれぞれ１つの独立した保持コンポーネントを設けることができ、これに非導電性コンポーネントの両方の終端部が機械的に固定されている。しかし、導体の両方の終端部、すなわち、両方の保持コンポーネントを半径方向外側に配設することもでき、これは例えば限流器コイルの場合によく見られる。
【００１８】
この保持コンポーネントを、電気導体が導電的に接続されている電気的な接触コンポーネントとして形成することができると好適である。換言すれば、電気導体は、非導電性コンポーネントと同一の保持コンポーネントに接続しておくことができる。この場合、この導体は保持コンポーネントと剛性的に機械的に接続されており、したがって、弾性的に固定されている非導電性コンポーネントとは機械的に縁切りされている。この第１の保持コンポーネントが、半径方向外側にある電気的な接触コンポーネントであると特に好適である。これに加えて第２の保持コンポーネントを設けると好適であり、これは半径方向内側の、又は、半径方向外側の接触コンポーネントとなり、この第２の保持コンポーネントに非導電性コンポーネントの第２の終端部が同様に弾性的な引っ張りコンポーネントを用いて固定されている。この少なくとも１つの接触コンポーネントは例えば銅接触子とすることができる。
【００１９】
この非導電性コンポーネントは、電気導体の個々の重なり合っている巻線ターン間のスペーサとして形成することができる。特に、こうして得られた、積層している巻線ターン間の間隔を電気導体の厚さよりも大きくすることができる。このスペーサは特に、平形コイルの半径方向に重なり合った巻線ターン間の半径方向のスペーサとすることができる。こうして、個々の巻線ターンの半径方向間隔を少なくとも１ｍｍとすることができ、このことは特に好適である。
【００２０】
スペーサとして形成された非導電性コンポーネントは１つまたは多数の中空空間を有することができ、これらの中空空間を液体冷媒が貫流することができる。この構成は特に超電導導体との組み合わせにおいて好適である。というのは、この冷媒により、臨界温度より低い温度への冷却を特に有効に作用させることができるからである。特に超電導のコイル巻線では、個々の巻線ターンの間に、その間に配設されたスペーサにより、間隔をとることは一般的に好適であり、これによって、形成された隙間を冷媒の貫流に利用することができる。
【００２１】
この非導電性コンポーネントは一般的に波形テープを含むことができる。本願の関連における波形テープは、波形のプロフィルを有するテープ状のコンポーネントである。ここでは、原理的には、規則的な又は不規則な波とすることができる。これは正弦波の波とすることができ、または、複数の多角形の列の単にほぼ波状の配列とすることもできる。重要なことは、この波形テープが長手方向において相前後している一連の波の山と波の谷を有することだけである。この構造により、この非導電性コンポーネントが電気導体の隣接している巻線ターン間のスペーサとして機能することが達成される。この場合、選択に拠り、この非導電性コンポーネントは１つの波形テープで構成することも、または、この１つの波形テープに追加して１つもしくは多数の他の部品を含めることもできる。例えば、この非導電性コンポーネントは、少なくとも１つのそのような波形テープと１つもしくは多数の平形テープとの組み合わせで形成することができる。この場合、個々の部品はゆるく重ね合わせることができ、または、例えば、個々の部品の接着もしくは注入により、機械的に固定して接続することもできる。
【００２２】
この非導電性コンポーネントは、少なくとも部分的にプラスチックで形成することができる。プラスチックは一般的に電気絶縁に良好に適しており、同時に、薄いテープの形で卷回してコイル巻線を作るのに十分な変形性を有している。電気導体の隣接している巻線ターン間の電気絶縁のために、例えば、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、特に、ホスタファン（登録商標）、カプトン（登録商標）またはテフロン（登録商標）のようなプラスチック製の平形テープを使用することができる。スペーサとして機能する非導電性コンポーネントに対してもプラスチックは特に適している。超電導電気導体と組み合わせた使用に対しては、超電導導体の臨界温度より低い極低温の温度領域での使用のためにプラスチックが設計されていると、一般的に特に好適である。そのプラスチックは特に、その機械的強度を失うことなく、例えば、液体窒素、液体水素、液体ヘリウムまたは液体ネオンのような冷却用に使用される冷却液で浸漬されるのに適している。
【００２３】
この非導電性コンポーネントは、電気導体よりも幅広に形成することができる。これらのコンポーネントの幅とは、一般的に、その長手方向の延長に対して垂直な空間方向における広がり、特に長手方向広がりに対して垂直な最大広がり、を意味する。特にテープ状の巻線コンポーネントでは、非導電性コンポーネントが電気導体よりも幅広であると好適である。というのは、そうであれば、この電気導体をコイル巻線の軸方向において外部の機械的な影響から保護するように、周りを取り巻いている非導電性コンポーネントの巻線ターンの間に電気導体を埋め込むことができるからである。導体よりも幅広の非導電性コンポーネントのもう一つのメリットは、電気的なフラッシュオーバーが生じた場合の、導体の１つの巻線ターンから次の巻線ターンへの距離が著しく長くなることである。このようにして、コイル巻線の巻線ターン間の不都合なフラッシュオーバーに対する危険が減少する。
【００２４】
このように幅広に作られた非導電性コンポーネントは、その幅に関して内側の領域に１つの凹部または一連の複数の凹部を有することができ、この中に電気導体が案内されている。このような実施形態では、その導体は、特に平形コイルの幾何学形状では、非導電性コンポーネントの隣接した巻線ターン間で半径方向に埋め込まれているだけでなく、コイル巻線の軸方向においても非導電性コンポーネントの複数の部品の間で保持される。このような構成により巻線全体の機械的な安定度が向上する。というのは、非導電性コンポーネントが応力下にある限り、電気導体は非導電性コンポーネントで固定的に保持され、軸方向における横すべりが避けられるからである。しかし、このような引っ張り応力は将に本発明による機械的な固定により保証される。
【００２５】
この非導電性コンポーネントは、一般的に多数の部品で形成することができる。特に、少なくとも１つの波形の非導電性テープを１つまたは多数の平形の非導電性テープと組み合わせることができる。非導電性コンポーネントが少なくとも部分的にプラスチックで形成されている実施形態では特に、プラスチックを含む複数の部分コンポーネントを熱溶接により部分ごとに互いに接続することができ、それによって、上位の３次元構造を形成することができる。こうして特に簡単な方法で電気導体の複数の巻線ターン用のスペーサを提供することができる。
【００２６】
弾性引っ張りコンポーネントは一般的に、少なくとも５Ｎの引っ張り力を非導電性コンポーネントに作用させることができるように、構成することができる。この引っ張り力は、特に非導電性コンポーネントの長手方向に沿ってこれに作用することができる。このように形成された引っ張り力により非導電性コンポーネントの確実な接続が達成されると好適であり、これにより良好な保持が生じ、その結果、個々の巻線ターンの軸方向のすべりを避けることができる。この引っ張りコンポーネントが引っ張りバネとして形成されている場合には、そのバネ定数は例えば少なくとも５Ｎ／ｍｍである。
【００２７】
電気導体は少なくとも２つの分岐導体を有することができ、巻線中で隣接している少なくとも２つの分岐導体は電流方向が逆方向になるように形成されている。このような構成は限流器におけるコイル巻線の使用に対して特に好適である。というのは、このような電流方向の交替により両方の巻線部分のインダクタンスが相殺されるからである。限流器の通常の運転状態では、これにより交流損失を小さく維持することができるので好適である。分岐導体が２つだけの構成では、コイル巻線を特にいわゆるバイファイラ巻きのコイル巻線の形状として構成することができる。２つより多い分岐導体の構成では、電流方向はそれぞれの隣接した分岐導体対の間で変化することができるか、あるいは、同一方向にも反対方向にも電流が流れうる分岐導体の隣組が存在することができる。本発明に関して重要なことは、巻線中で隣接した少なくとも１対の分岐導体が存在し、これらにおいて運転中に流れる電流方向が逆方向である、ことである。このようなコイル巻線では、少なくとも１つの非導電性コンポーネントに作用する本発明による引っ張り応力は特に重要である。というのは、これらの分岐導体は運転中に互いに反発し、したがって、巻線結束のゆるみが特に生じやすいからである。このような電気に起因する巻線結束のゆるみは、本発明に拠る解決法によって好適に避けられる。というのは、非導電性コンポーネントが永続的に引っ張られているからである。ここで与えられる引っ張り応力は上述したように、電気的な運転中においても巻線ターンの横すべりが避けられるように、巻線の機械的な結束が強くなるような大きさに形成することができる。
【００２８】
すなわち、このコイル巻線は故障電流限流器で使用するために形成することができる。そこで、本発明によるコイル巻線を備えた限流器についても権利請求されている。これは特に、超電導の故障電流限流装置である。この限流器は、抵抗性の、誘導性の、または、誘導性−抵抗性の、限流器として形成することができる。この場合、この限流器は本発明による１つまたは複数のコイル巻線を有することができる。多数のコイル巻線の場合には、これは特に軸方向に積層することができる。
【００２９】
しかし、代案として、このコイル巻線は、回転機械、すなわち、例えば、ローターまたは発電機のローター巻線または固定子巻線、での運転にも用いることができる。しかし、別の代案では、このコイル巻線は磁界発生用のマグネットコイルとして、特に磁気共鳴画像生成または磁気共鳴スペクトロスコープ用の超電導マグネットコイルとして用いることもできる。
【００３０】
以下に、若干の好適な実施例に基づき、付記された図面を参照して本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】故障電流限流器の２本巻き平形コイルの模式図。
【図２】コイル巻線のスペーサとして形成された非導電性コンポーネントの斜視模式図で、内部に電気導体が敷設されている。
【図３】従来技術による形態のための、図１の第１終端部９ａの側面模式図。
【図４】本発明による形態のための、図１の第１終端部９ａの側面模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に故障電流限流器のコイル巻線１が模式図で示されている。示されているのは平形コイルで、１本の電気導体３が１つの固定された巻線面内で中心の巻線軸Ａの周りに巻回されて、多数の巻線ターンを形成している。この電気導体３はここでは２本の分岐導体３ａおよび３ｂを有し、これらは図示された例では巻線の中心部で互いに接続されており、いわゆるバイファイラ巻きの形状で、この巻線内で隣接して配置された分岐導体３ａおよび３ｂの電流方向ＩａおよびＩｂが逆方向になるように、配設されている。両方の分岐導体３ａおよび３ｂに隣接して設置された巻線ターンの間に、それぞれ非導電性コンポーネント５が配設されている。ここでは合計２個の非導電性コンポーネント５が、電気導体３の隣接した複数の巻線ターンをこの巻線の全長にわたって分離している。この場合、これらの隣接した巻線ターンは、一方ではコンポーネント５の絶縁特性により電気的に絶縁され、他方ではコンポーネント５の厚さにより予め決められた間隔ｄに保持される。ここでは、コンポーネント５は模式的に細い線としてしか示されていない。しかし、この例では、これらのコンポーネントは半径方向にも有意義な広がりを有し、全体的に３次元構造を有している。これについて以下に詳述する。
【００３３】
この電気導体３の両方の端部は、コイル巻線の中心部におけるこの導体のここに示された折り返しにより、ここでは両方が巻線の半径方向外側領域に在る。第１の終端部９ａにおいて、第１の分岐導体３ａが第１の保持コンポーネント７ａと接続されており、この保持コンポーネントは同時にこの分岐導体３ａに対して接触コンポーネントとして機能する。これは、例えば中実の銅ブロックとして形成することができる。同様に、第２の終端部９ｂにおいて、第２の分岐導体３ｂがこれに対応する第２の保持コンポーネント７ｂと接続されており、この保持コンポーネントは同様に接触コンポーネントとして機能する。終端部９ａおよび９ｂにおいて、そこで接触されている両方の分岐導体３ａおよび３ｂはそれぞれ、半径方向外側でほぼそれぞれの保持コンポーネントまで非導電性コンポーネント５により覆われており、外側に対して機械的に保護されている。これらの非導電性コンポーネント５は、それぞれの保持コンポーネント７ａおよび７ｂと機械的に接続されている。以降において図４との関連で詳述する本発明によるコイル巻線１の形態は、従来技術とは、保持コンポーネント７ａおよび７ｂにおける非導電性コンポーネント５の正確な機械的固定方法の点で異なっている。
【００３４】
本実施例をより良く理解するために、図１に示された非導電性コンポーネント５のより詳細な形が図２に示されている。示されているのは、スペーサとして形成された、コイル巻線１の非導電性コンポーネント５の一部の模式的斜視図であり、内部に電気導体３が敷設されている。ここでは、このスペーサの幅がＢで、長手延び方向がＬで表されている。
【００３５】
この電気導体３はここでは超電導のテープ導体、例えば、常電導サブストレートの上に高温超電導層を有するテープ導体、として形成されている。超電導限流器に特に適したこのようなテープ導体は特許文献１に詳細に記載されている。この非導電性コンポーネント５は、導体３の隣接している巻線ターン間のスペーサとして機能すべく形成されている。そのために、示された例における非導電性コンポーネント５は２つの部品、すなわち、平形テープ１８および波形テープ１７、で構成されている。両方のテープは互いにピッタリ接している領域で、すなわち、図２における波の谷の領域で、互いに機械的に、例えば、溶接または接着により、接続されている。波形テープ１７は波の山の領域に複数の凹部２１を有し、これらの凹部の中に、完成したコイル巻線１ではテープ状の導体３を敷設することができる。このことが図２の右側に例示されている。
【００３６】
図２に例示されているような非導電性のスペーサを用いて、一つには超電導導体３の巻線ターンを決められた間隔で保持することができ、二つにはオープン構造により巻線ターン間に複数の中空空間１３を形成することができ、ここを通って液体冷媒が流れることができる。しかし、図２によるこの非導電性コンポーネントの構造は、本発明に関しては単なる例であると理解すべきである。スペーサの他の好適な実施形状は、特許文献２に記載されているように実現することができる。
【００３７】
従来技術によれば、図１および図２に関して記載されたようなこの種のコイル巻線が、電気導体３および非導電性コンポーネント５のそれぞれの保持コンポーネント７ａおよび７ｂとの剛性接続により固定されている。図３は従来技術による終端部９ａにおける機械的接続のこの種の従来の形態を示している。図３は終端部９ａを半径方向外側から図１の保持コンポーネント７ａに向けて見た側面図である。示されているのは半径方向外側にある非導電性コンポーネント５であり、これが図の左側部分においてその下の導体３を覆っている。この導体３はここでは破線でのみ示されている。示された非導電性コンポーネント５の複数の凹部２１にはここでは導体は充填されていない。というのは、ここに示された導体はその下の位置の波形テープ内で非導電性コンポーネント５に保持されているからである。この図の中央部においてこの導体３を完全に見ることができる。というのは、外側の非導電性コンポーネント５の波形テープ１７は保持コンポーネント７ａまで完全には達しておらず、したがって、導体３をここではもはや覆っていないからである。同様にこの図の中央部で、波形テープ１７の下の平形テープの中央部に凹部が設けられており、この凹部を通って電気導体３が半径方向外側に向けて貫通して案内されている。すなわち、平形テープ１８の両方の外側の部分だけが保持コンポーネント７ａまで案内されている。ここに示された従来技術による保持の形態では、導体３も平形テープ１８の複数の外側部分も、複数のネジ２３による剛性固定により保持コンポーネント７ａと接続されている。このために、導体３も平形テープ１８の複数の外側部分も保持コンポーネント７ａの互いにネジ締めされる２つの部分の間に挿入されている。この固定方法は冒頭に述べたデメリットを有する。すなわち、非導電性コンポーネントの長さ変化、及び／又は、コイルの運転に起因する巻線のゆるみを調整することができない。１回目の操業の後で、または、１回目の機能試験の後で、手動の増し締めを行うことは原理的に可能である。しかし、このことは非常に面倒であり、完成した限流装置からコイル巻線を取り外さねばならない。さらに、そのような後からの侵襲に際して超電導導体を損傷する危険がある。
【００３８】
最後に、図３とは異なり、図４は保持コンポーネント７ａでの巻線コンポーネントの本発明による固定の形態を示す。示されているのは、ここでも、半径方向外側から見た終端部９ａの側面図である。しかしここでは図３に示された固定とは異なり、非導電性コンポーネント５は保持コンポーネント７ａまで完全には案内されていない。この非導電性コンポーネントは保持コンポーネントと、直接に、且つ、剛性的に接続されてはおらず、弾性を有する引っ張りコンポーネントを介して保持コンポーネントに保持されている。示された例では、引っ張りバネの形状のこのような弾性引っ張りコンポーネント１１が２本設けられており、これらが、波形テープ１７と平形テープ１８の間の中空空間１３の１つに挿入された保持ピン１２を介して保持コンポーネントと連結されている。しかし、非導電性コンポーネント５での別の固定方法も可能である。同様に、非導電性コンポーネント５と保持コンポーネント７ａが、弾性を有する１本の引っ張りコンポーネントだけで互いに連結されていても十分である。重要なのは、この弾性引っ張りコンポーネント１１により非導電性コンポーネント５に引っ張り力が作用し、この引っ張り力が運転中に非導電性コンポーネント５を保持し、このことによって、巻線結束を弱める力を補償することができることである。すなわち、非導電性コンポーネント５は電気導体３とは縁切りされて保持コンポーネント７ａに保持されている。こうして非導電性コンポーネント５に働く永続的な引っ張り応力により、巻線の接着または注入なしでもコイル巻線の機械的な結束が好適に達成される。
【００３９】
ところで、本発明による非導電性コンポーネントの機械的な保持のメリットは、図２に示された非導電性コンポーネントの形態に限定されるものではない。これらのメリットは同様に図１に対応する幾何学形状を有する限流コイルにも限定されない。図１および２の形態は、本発明の効果をより良く説明するための例であるにすぎない、と理解すべきである。一般的に本発明による固定のメリットは、例えば以下の場合にも有効である。
・コイル巻線の形状が平形コイルではなく、例えば、ソレノイドコイルまたはサドル型コイルである場合、
・コイル巻線がバイファイラ巻きではなく、例えば、隣接している巻線ターンにおいて連続した同一方向の電流が流れる巻線として構成されている場合、
・コイル巻線が限流のためではなく、例えば、マグネットコイルまたは電気機械中のコイルのために設計されている場合、
・導体の終端部の両方の端部が半径方向外側にあるのではなく、例えば、一方が半径方向外側に、他方が半径方向内側に配設されている場合、
・少なくとも１つの保持コンポーネントが、同時に導体のための接触コンポーネントとしては形成されていない場合、
・電気導体および／または非導電性コンポーネントがテープ状でない場合、
・および／または、電気導体が超電導性でない場合。
【符号の説明】
【００４０】
１      コイル巻線
３      電気導体
３ａ    分岐導体
３ｂ    分岐導体
５      非導電性コンポーネント
７      保持コンポーネント
９      終端部
１１    引っ張りコンポーネント
１３    中空空間
１７    波形テープ
１８    平形テープ
２１    凹部
Ｂ      幅
Ｌ      長手方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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